Wenn in der digitalen Fabrik aus Mais Bekleidung wird

Aus Mais den begehrten Rohstoff Polyamid herzustellen ist eine knifflige Angelegenheit: Denn die dafür eingesetzten Organismen sind kompliziert und wandlungsfähig. Die vollständige Beherrschung all der subtilen Details des Konvertierungsprozesses ist schwierig, die Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Stämmen, Reaktionsbedingungen und der Ausbeute sind komplex. 

„Mit großen Datenmengen – Big Data – können wir mehr über die Gesetzmäßigkeiten erfahren, die die Produktion bestimmen“, sagt Liu Xiucai, Vorsitzender und CEO von Cathay. „Nur so lässt sich die Effizienz der Bioproduktion verbessern, indem die gesamte Produktionskette mit der Hard- und Softwaresteuerung integriert wird, Daten automatisch gesammelt, verarbeitet und analysiert werden und die Analyseergebnisse dann wieder in die Produktion zurückfließen.“

Traditionell wird Polyamid in petrochemischen Anlagen aus fossilen Rohstoffen synthetisiert. Cathay Industrial Biotech Ltd. verfolgt dagegen einen völlig neuen Ansatz. In seiner digitalen Fabrik stellt das Unternehmen Polyamid aus Mais und anderer erneuerbarer Biomasse her. Im Vergleich zu Fasern aus Öl ist bei der Herstellung von Garn aus Mais die Produktion der Fasern mit 50 Prozent weniger CO₂-Emissionen verbunden. Einen wichtigen Beitrag leistet dazu das Angebot von Siemens rund um die digitale Fabrik.

„Die konventionelle petrochemische Industrie ist nicht nur mit den Risiken der Ressourcenerschöpfung konfrontiert, sondern auch mit dem Problem der Kohlendioxid-Emission. Im Vergleich zu chemischen Prozessen hat die Bio-Herstellung viele Vorteile, darunter den Einsatz nachwachsender Rohstoffe, milde Reaktionsbedingungen und die Umweltfreundlichkeit“, sagt Liu.

Doch wie funktionert die digitale Fabrik bei Cathay eigentlich genau? Das zeigt ein Blick in die einzelnen Bereiche der Produktion.

Die Forscher von Cathay untersuchen pro Jahr mehr als 500.000 Proben und suchen dabei nach Stämmen von Mikroorganismen und Fermentationsbedingungen für die industrielle Produktion. Unterstützt werden sie dabei von der Software Simatic SIPAT mit Process Analytical Technology (PAT). Sipat hilft den Forschern, die Zusammenhänge zwischen einigen wichtigen Parametern und der Ausbeute durch digitale Analytik direkt zu identifizieren und so die Anzahl der erforderlichen Prozesse zu reduzieren. 

Ist die Bio-Produktion erst einmal gestartet, kann sie nicht unterbrochen werden. Folglich muss das Automatisierungssystem nahtlos integriert sein. Während das Prozessleitsystem Simatic PCS 7 von Siemens für eine kontinuierliche Produktion sorgt, erstellt das Plant Asset Digital Management System Comos einheitliche digitale Modelle. Einen sogenannten digitalen Zwilling gibt es für die verschiedensten Anlagen-Assets wie Prozesse, elektrische Systeme, Messgeräte, Leitsysteme und Pipelines.

Das Manufacturing Execution System Opcenter Execution von Siemens sorgt bei Cathay für stabile, effiziente Produktionsabläufe. Das System sendet den Bedienern täglich elektronische Arbeitsaufträge, wertet die Arbeitsqualität aus und erfasst sie präzise. Die Produktion darf nicht zum nächsten Schritt übergehen, wenn Inhaltsstoffe fehlen oder wenn eine Saatenfermentation noch nicht abgeschlossen ist.

Darüber hinaus ersetzen Automatisierungsprogramme viele Produktionsschritte und senken so die Betriebskosten und Fehlerquoten. Echtzeit-Feedback aus dem digitalen System leistet auch einen direkten Beitrag zur Effizienzsteigerung. Durch die sichere Speicherung der Prozessparameter bleiben Betriebsgeheimnisse wie Rohstoffe, Rezepturen und Prozessbedingungen bewahrt. Simatic IT ist sogar in der Lage, die Formel automatisch auf die Rohstoffe abzustimmen.

In der digitalen Fabrik wird auch die Wartung digital: Comos entwickelt automatisch Wartungspläne auf der Grundlage des Zustands der Ausrüstung und ermöglicht stets einen aktuellen Überblick über den Betriebszustand jedes einzelnen Geräts in der Fabrik. Im Fehlerfall sendet Simatic PCS 7 sofort einen Alarm, der Comos dazu veranlasst, einen Reparaturauftrag zu generieren und an die zuständige Stelle zu senden. Bei der Fehlerbehebung wird automatisch ein elektronischer Datensatz erstellt, der als Referenz für künftige Wartungsarbeiten und Effizienzoptimierungen genutzt werden kann. 

Die neue Fabrik in Wusu ist nicht nur ein moderner Produktionsstandort, sie ist aus Sicht von Liu auch wegweisend für die Zukunft der Biotechnologie: „Man kann mithilfe der Biotechnologie bessere Materialien herstellen, günstiger als die petrochemische Industrie arbeiten und zudem in Massen produzieren.“ 

Oktober 2019